DE102005063087A9 - Stray radiation measurement method with adjustment of characteristic signatures - Google Patents

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Abstract

System und Verfahren zum effizienten und genauen Bestimmen von Gitterprofilen, wobei eine charakteristische Signatur-Übereinstimmungsermittlung (Matching) in einem Erzeugungsprozess einer Bibliothek mit vergrößerten Unterschieden durchgeführt wird. Unter Verwendung der Theorie der Lichtstreuung werden, basierend auf den ausgebildeten Gitterparametern, z. B. CD, Dicke und Linie-zu-Zwischenraum-Verhältnis, eine Reihe von Streuungssignaturen versus Streuwinkel oder Wellenlängen erzeugt. Dieses Verfahren wählt charakteristische Teile der Signaturen aus, wo immer ihre Unterschiede, anders ausgedrückt ihre Nichtübereinstimmung das vorausbestimmte Kriterium übersteigt, und verbessert eine Bibliothek charakteristischer Signaturen für eine schnelle und genaue Übereinstimmungsermittlung. Es kann eine Rigorous-Coupled-Wave-Theorie verwendet werden, um eine Beugungs-Bibliothek aufzubauen, die eine Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren, basierend auf einem vorbestimmten Strukturparameter des Gitters, aufweist. Der charakteristische Bereich von der Mehrzahl simulierter Beugungsspektren wird basierend darauf bestimmt, ob die mittlere quadratische Abweichung von der Mehrzahl der simulierten Beugungsspektren größer als ein Rauschpegel eines Messgerätes ist. Die Beugungsintensität des gemessenen Beugungsspektrums wird mit der Beugungsintensität der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen, um ein übereinstimmendes Spektrum aus diesen ...A system and method for efficiently and accurately determining lattice profiles, wherein a characteristic signature match is performed in a larger difference library generation process. Using the theory of light scattering, based on the formed lattice parameters, e.g. CD, thickness and line-to-space ratio, generates a series of scatter signatures versus scattering angles or wavelengths. This method selects characteristic portions of the signatures wherever their differences, in other words their disagreement, exceeds the predetermined criterion, and improves a library of characteristic signatures for fast and accurate match determination. A rigorous coupled wave theory may be used to construct a diffraction library having a plurality of simulated diffraction spectra based on a predetermined grating structural parameter. The characteristic region of the plurality of simulated diffraction spectra is determined based on whether the mean square deviation from the plurality of simulated diffraction spectra is greater than a noise level of a measuring device. The diffraction intensity of the measured diffraction spectrum is compared with the diffraction intensity of the plurality of simulated diffraction spectra in the characteristic region to obtain a matching spectrum from these diffraction spectra.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 93141298, eingereicht am 30. Dezember 2004, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.These Application claims the priority of the Taiwanese patent application No. 93141298 filed on Dec. 30, 2004, hereby incorporated by reference Reference is included.

Das Gebiet der Erfindung ist die Herstellung von Halbleiterbauelementen und ähnlichen Micro-Scale-Bauelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung Streustrahlungsmesstechnik (auch bezeichnet als Scatterometrie), die eine Technik zum Messen von Micro-Scale-Eigenschaften basierend auf der Erfassung und Analyse von Licht ist, das von der Oberfläche gestreut wird. Allgemein umfasst die Streustrahlungsmesstechnik das Erfassen der Intensität des Lichts, das durch ein Periodizitäts-Merkmal, wie zum Beispiel eine Gitterstruktur als eine Funktion der Wellenlänge oder des Winkels von einfallendem Licht, gestreut oder gebeugt wird. Das erfasste Signal wird eine Signatur genannt, da sein genaues Verhalten in einzigartiger Weise mit den physikalischen und optischen Parametern der Gitterstruktur zusammenhängt.The Field of the invention is the production of semiconductor devices and similar Micro-scale components. In particular, the invention relates to scattered radiation measurement technology (also referred to as scatterometry), which is a technique for measuring of micro-scale properties based on capture and analysis of light that is scattered from the surface. Generally the scattered radiation measurement technique comprises the detection of the intensity of the light, that by a periodicity characteristic, such as a grating structure as a function of wavelength or of the angle of incident light, scattered or diffracted. The detected signal is called a signature because its accurate Behavior in a unique way with the physical and optical Parameters of the grid structure is related.

Streustrahlungsmesstechnik wird allgemein bei der photolithographischen Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei der Overlay-Messung verwendet, welche eine Messung der Ausrichtung (Alignment) der Schichten ist, die zur Bildung der Bauelemente verwendet werden. Eine genaue Messung und Steuerung der Ausrichtung solcher Schichten ist zum Aufrechterhalten eines hohen Grades der Effizienz der Produktion wichtig.Scattered radiation metrology is generally used in the photolithographic production of semiconductor devices, used in particular in the overlay measurement, which is a measurement the alignment of the layers, which leads to the formation of the Components are used. An accurate measurement and control The orientation of such layers is to maintain a high degree of production efficiency.

Streustrahlungsmessungen werden durch Feststellen der genausten Übereinstimmung zwischen einer experimentell erhaltenen Signatur und einer Signatur durchgeführt, die auf andere Weise erhalten wurde und für die der Wert der zu messenden Eigenschaft oder Eigenschaften bekannt ist. Gewöhnlich wird die zweite, bekannte Signatur, die auch als die Referenzsignatur bekannt ist, aus einem rigorosen Modell des Streuprozesses berechnet. Gelegentlich kann man sie experimentell bestimmen. Wo eine modellierte Signatur als die Referenz verwendet wird, werden entweder die Berechnungen einmal durchgeführt und alle Signaturen, die für die Parameter des Gitters, das variieren kann, in einer Bibliothek gespeichert, oder die Signatur wird berechnet, wenn sie für Prüfwerte der gemessenen Parameter benötigt wird.Scattered radiation measurements are determined by determining the most exact match between a experimentally obtained signature and a signature, the was obtained in another way and for which the value of the to be measured Property or properties is known. Usually the second, known Signature, also known as the reference signature, from a calculated rigorous model of the scattering process. Occasionally you can determine it experimentally. Where a modeled signature as the Reference is used, either the calculations are once carried out and all signatures for the parameters of the grid, which can vary, in a library stored, or the signature is calculated when used for test values of measured parameter needed becomes.

Wie auch immer die Referenzsignatur erhalten wird, es wird ein Vergleich der experimentellen und der Referenzsignatur durchgeführt. Der Vergleich wird durch einen Wert quantifiziert, der anzeigt, wie genau die beiden Signaturen miteinander übereinstimmen. Gewöhnlich wird die Übereinstimmungsqualität als die Standardabweichung (oder der mittlere quadratische Fehler (root mean square error, RMSE)) zwischen den beiden Signaturen berechnet, es können jedoch andere Vergleichsverfahren verwendet werden. Die Messung wird durch Feststellen des Referenzsignals mit dem besten Wert der Übereinstimmungsqualität zu der experimentellen Signatur durchgeführt. Das Messergebnis ist dann der zur Berechnung des Referenzsignals verwendete Parametersatz. In dem Fall von experimentell abgeleiteten Referenzsignaturen ist das Referenzsignal der Wert der zur Erzeugung der experimentellen Signatur verwendeten, bekannten Parameter. Wie bei jedem realen System weist die von dem Messtechnik-System erhaltene experimentelle Signatur etwas Rauschen auf. Dies erzeugt eine untere Grenze der Übereinstimmungsqualität, die erwartet werden kann.As whatever the reference signature is obtained, it will be a comparison the experimental and the reference signature. Of the Comparison is quantified by a value indicating how exactly the two signatures agree with each other. Usually will the match quality as the Standard deviation (or the root mean square error (root mean square error, RMSE)) between the two signatures, it can however, other comparative methods are used. The measurement is determined by determining the reference signal with the best value of the match quality to the experimental signature performed. The measurement result is then the parameter set used to calculate the reference signal. In the case of experimentally derived reference signatures the reference signal is the value used to generate the experimental Signature used, known parameters. As with any real System has the experimental obtained from the metrology system Signature some noise on. This creates a lower bound on the match quality that is expected can be.

Mikroelektronische Bauelemente und Merkmalsgrößen werden kontinuierlich immer kleiner. Die Anforderung an die Präzision der Overlay-Messung beim 130 nm-Knoten beträgt 3,5 nm, und beim 90 nm-Knoten beträgt sie 3,2 nm. Für den Halbleiterherstellungsprozess der nächsten Generation des 65 nm-Knotens beträgt die Anforderung an die Präzision der Overlay-Messung 2,3 nm. Da die Streustrahlungsmesstechnik eine gute Wiederholpräzision und Reproduzierbarkeit aufweist, wäre es vorteilhaft, in der Lage zu sein, sie bei dem Prozess der nächsten Generation einzusetzen. Jedoch sind herkömmliche Hellfeld-Messtechnik-Systeme durch die Bildauflösung beschränkt. Folglich bilden diese Faktoren signifikante technologische Herausforderungen an die Anwendung der Streustrahlungsmesstechnik bei zunehmend kleineren Merkmalen.microelectronic Components and feature sizes are continuously smaller and smaller. The requirement for the precision of Overlay measurement at the 130nm node is 3.5nm, and at the 90nm node it is 3.2 nm. For the semiconductor manufacturing process of the next generation of the 65 nm node is the Requirement for precision the overlay measurement 2.3 nm. Since the scattered radiation measurement a good repeatability and reproducibility, it would be advantageous to be able to be involved in the next generation process. However, conventional ones are Brightfield metrology systems are limited by image resolution. Consequently, these form Factors significant technological challenges to the application the scattered radiation measurement with increasingly smaller features.

Bei herkömmlichen Verfahren werden Beugungsspektren einer unbekannten Messung mit simulierten Beugungsspektren verglichen. Bei Verfahren, wie zum Beispiel der Levenberg-Marquardt-Optimierung, einer zufällige Suche und einem genetischen Algorithmus, wird das gemessene Beugungsspektrum mit einem online erzeugten, simulierten Beugungsspektrum verglichen. Dieses Verfahren ist langsam, kann aber verwendet werden, um ein vollständig unbekanntes Gitter zu messen. Bei anderen herkömmlichen Verfahren, wie zum Beispiel der Hauptkomponentenregression (principal component regression, PCR), Partial Least Square (PLS), Inverse Least Square (ILS) und einem künstlichen neuronalen Netz (artifical neural network, ANN), wird vorab eine Beugungs-Bibliothek erzeugt, und das gemessene Beugungsspektrum wird mit den Beugungsspektren in der Bibliothek verglichen, um ein Spektrum mit der genauesten Übereinstimmung zu finden. Dieses Verfahren kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen, benötigt aber mehr Computer-Speicherkapazität als das erste Verfahren. Bei Verfahren, wie sie zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,785,638 und Nr. 6,768,967 beschrieben sind, werden beide dieser Verfahren integriert, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Speicherkapazität zu verringern, aber der verwendete Algorithmus ist viel komplizierter.In conventional methods diffraction spectra of an unknown measurement are compared with simulated diffraction spectra. In methods such as the Levenberg-Marquardt optimization, a random search, and a genetic algorithm, the measured diffraction spectrum is compared to an online generated simulated diffraction spectrum. This process is slow but can be used to measure a completely unknown lattice. In other conventional methods, such as principal component regression (PCR), partial least squares (PLS), inverse least squares (ILS) and an artificial neural network (ANN), a diffraction library is pre-established and the measured diffraction spectrum is compared with the diffraction spectra in the library to find a spectrum with the closest match. This method can increase processing speed but requires more computer memory capacity as the first method. For example, in methods such as described in US Patent Nos. 6,785,638 and 6,768,967, both of these methods are integrated to increase processing speed and memory capacity, but the algorithm used is much more complicated.

Bei herkömmlichen Verfahren werden statische Gleichungen verwendet, wie zum Beispiel für den mittleren quadratischen Fehler (root mean square error, RMSE), das mittlere Fehlerquadrat (mean square error, MSE) und den quadratischen Abstand (square distance, SD), um das gemessene Beugungsspektrum mit dem simulierten Beugungsspektrum vollständig zu vergleichen. Jedoch mitteln RMSE oder MSE das gesamte Beugungsspektrum, was zu einem Bereich mit einer kleineren Variation führt, was die Leistungsfähigkeit des gesamten Vergleichs verringert. Ferner mittelt SD nicht die Variation der Variable, wie es bei RMSE oder MSE der Fall ist, er ist aber viel empfindlicher gegenüber Rauschen.at usual Methods use static equations, such as for the root mean square error (RMSE), the mean square error (MSE) and quadratic Distance (SD) to the measured diffraction spectrum completely compare with the simulated diffraction spectrum. however RMSE or MSE the entire diffraction spectrum, resulting in a Area with a smaller variation leads, what the performance reduced overall comparison. Further, SD does not average the Variation of the variable, as is the case with RMSE or MSE, he but is much more sensitive to noise.

1 stellt eine Overlay-Markierung dar; 1 represents an overlay marker;

2 stellt die Systemarchitektur eines Winkel-Streustrahlungs-Messgerätes dar; 2 Figure 3 illustrates the system architecture of an angular stray radiation meter;

3 stellt ein Flussdiagramm zum Bestimmen von Strukturparametern einer Overlay-Markierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar; 3 FIG. 12 illustrates a flow chart for determining structural parameters of an overlay marker according to an embodiment of the invention; FIG.

4(a) und 4(b) stellen eine Beugungs-Bibliothek gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar; 4 (a) and 4 (b) illustrate a diffraction library according to an embodiment of the invention;

5(a) stellt die Beziehung des RMSE und des Overlay-Fehlers zum Einfallswinkel des s-Polarisationsstrahls dar; 5 (a) represents the relationship of the RMSE and the overlay error to the angle of incidence of the s-polarization beam;

5(b) stellt die Beziehung des RMSE und des Overlay-Fehlers zum Einfallswinkel des p-Polarisationsstrahls dar; 5 (b) represents the relationship of the RMSE and the overlay error to the angle of incidence of the p-polarization beam;

6 ist ein statisches Diagramm, das die Samplinganzahl des RMSE zeigt, die größer als der Rauschpegel eines Messgerätes sind. 6 is a static diagram showing the sampling number of the RMSE greater than the noise level of a meter.

7(a) und 7(b) stellen das s-Polarisations-Beugungsspektrum und das p-Polarisations-Beugungsspektrum von einem Messgerät dar. 7 (a) and 7 (b) represent the s-polarization diffraction spectrum and the p-polarization diffraction spectrum of a measuring device.

8 stellt den durchschnittlichen RMSE des s-Polarisationsstrahls und des p-Polarisationsstrahls bei einem Einfallswinkel zwischen 0 und 47 Grad dar; und 8th represents the average RMSE of the s-polarization beam and the p-polarization beam at an angle of incidence between 0 and 47 degrees; and

9 stellt den RMSE des s-Polarisationsstrahls bei dem Einfallswinkel von 28 Grad dar. 9 represents the RMSE of the s-polarization beam at the angle of incidence of 28 degrees.

Bei Verfahren zum Bestimmen eines Strukturparameters eines Gitters wird die Ähnlichkeit zwischen einem gemessenen Beugungsspektrum und einer Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in einem charakteristischen Bereich verglichen.at A method for determining a structure parameter of a grid becomes the similarity between a measured diffraction spectrum and a plurality of simulated diffraction spectra in a characteristic range compared.

Das Verfahren kann die Schritte aufweisen: Verwenden einer Rigorous-Coupled-Wave-Theorie, um eine Beugungs-Bibliothek aufzubauen, die eine Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren basierend auf einem vorbestimmten Strukturparameter aufweist; Auswählen eines charakteristischen Bereichs von der Mehrzahl simulierter Beugungsspektren unter der Bedingung, dass der mittlere quadratische Fehler dieser simulierten Beugungsspektren größer als der Rauschpegel eines Messgerätes ist; Vergleichen der Beugungsintensität eines gemessenen Beugungsspektrums von dem Gitter und der Beugungsintensität von der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich, um ein übereinstimmendes (passendes) Spektrum zu finden; und Bestimmen des Strukturparameters des Gitters basierend auf dem übereinstimmenden Spektrum.The Method may include the steps of using a rigorous coupled wave theory, to construct a diffraction library that simulates a plurality of Diffraction spectra based on a predetermined structural parameter having; Choose a characteristic region of the plurality of simulated diffraction spectra on the condition that the mean square error of this simulated diffraction spectra greater than the noise level of a meter is; Compare the diffraction intensity of a measured diffraction spectrum of the grating and the diffraction intensity of the plurality of simulated ones Diffraction spectra in the characteristic range to match one to find (suitable) spectrum; and determining the structure parameter of the grid based on the matching Spectrum.

Bei herkömmlichen Winkel-Streustrahlungsmessungsverfahren wird das gesamte Beugungsspektrum zwischen 0 und 47 Grad verglichen. Das erfordert eine große Menge Computer-Speicher und ist zeitaufwändig. Im Gegensatz dazu wird bei dem vorliegenden Verfahren nur ein Teil des gemessenen Beugungsspektrums mit dem entsprechenden Teil der simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen. Das erhöht die Verarbeitungseffizienz und verringert auch die Anforderungen hinsichtlich des Computer-Speichers. Ferner wird bei herkömmlichen Verfahren das gesamte Beugungsspektrum gemittelt, was zu einem Bereich mit einer kleineren Variation führt und die Leistungsfähigkeit des gesamten Vergleichs verringert. Bei dem vorliegenden Verfahren wird indes nur ein Teil des gemessenen Beugungsspektrums mit dem entsprechenden Teil der simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen. Mittelungsberechnungen werden mithin vermieden, und die Leistungsfähigkeit der Messung wird verbessert.Conventional angle-scattering measurement techniques compare the total diffraction spectrum between 0 and 47 degrees. This requires a large amount of computer memory and is time consuming. In contrast, in the present method only part of the measured diffraction spectrum is compared with the corresponding part of the simulated diffraction spectra in the characteristic region. This increases the processing efficiency and also reduces the requirements for the computer memory. Further, in conventional methods, the entire diffraction spectrum is averaged, resulting in an area with a smaller variation and reducing the performance of the overall comparison siege. In the present method, however, only part of the measured diffraction spectrum is compared with the corresponding part of the simulated diffraction spectra in the characteristic region. Averaging calculations are thus avoided and the performance of the measurement is improved.

Die vorliegenden Verfahren können auch eingesetzt werden, um Strukturparameter, wie zum Beispiel den Overlay-Fehler, die Linienbreite, die Teilung, Materialparameter und die Dicke zu bestimmen. Ferner können die vorliegenden Verfahren auch eingesetzt werden, um eine Mehrzahl von variablen Parametern gleichzeitig durch gleichzeitiges Verändern von Variablen, wie zum Beispiel der Linienbreite und der Dicke des Target-Gitters, zu bestimmen.The present method can also be used to structure parameters, such as the Overlay error, line width, division, material parameters and to determine the thickness. Furthermore, the present methods also be used to a plurality of variable parameters at the same time by simultaneously changing variables, such as Example of the line width and the thickness of the target grid, to be determined.

1 stellt ein Beispiel einer Overlay-Markierung 10 dar. Die Overlay-Markierung 10 weist ein erstes Gitter 14 aus Photoresist auf einer Zwischenschicht 18 aus Polysilizium und ein zweites Gitter 16 aus Siliziumdioxid auf einer Bodenschicht 12 aus Silizium auf. Die Teilung (auch bezeichnet als Pitch) des ersten Gitters 14 ist die gleiche wie die des zweiten Gitters 16, und ΔOL stellt den Overlay-Fehler zwischen diesen beiden Gittern 14 und 16 dar. In diesem Beispiel sind die Dicke, der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient dieser Schichten in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Figure 00070001
1 provides an example of an overlay marker 10 dar. The overlay marker 10 has a first grid 14 made of photoresist on an intermediate layer 18 made of polysilicon and a second grid 16 made of silicon dioxide on a soil layer 12 made of silicon. The division (also referred to as pitch) of the first grid 14 is the same as the second grid 16 , and Δ OL represents the overlay error between these two grids 14 and 16 In this example, the thickness, the refractive index and the extinction coefficient of these layers are summarized in the following table:
Figure 00070001

Die Messempfindlichkeit für den Overlay-Fehler der Overlay-Markierung 10 wird nicht nur durch die mechanische Gestaltung des Messgerätes, den Back-End-Detektor und die Signalverarbeitungstechnik bestimmt, sondern auch durch die Strukturparameter der Overlay-Markierung 10, welche die Form der Beugungsspektren (Signaturen) und den Unterscheidungsgrad zwischen diesen Beugungssignaturen beeinflusst. Beispielsweise beeinflussen alle Strukturparameter wie zum Beispiel der Brechungsindex, der Extinktionskoeffizient, die Dicke, die geometrische Gestalt und der Seitenwandwinkel nach den Ätzprozessen, die Messempfindlichkeit für den Overlay-Fehler der Overlay-Markierung 10.The measurement sensitivity for the overlay error of the overlay marker 10 is determined not only by the mechanical design of the measuring device, the back-end detector and the signal processing technique, but also by the structure parameters of the overlay marking 10 which influences the shape of the diffraction spectra (signatures) and the degree of differentiation between these diffraction signatures. For example, all the structural parameters such as the refractive index, the extinction coefficient, the thickness, the geometric shape and the sidewall angle after the etching processes, influence the measurement sensitivity for the overlay error of the overlay marker 10 ,

2 stellt ein Winkel-Streustrahlungs-Messgerät 20 dar. Obwohl hier ein Winkel-Streustrahlungs-Messgerät 20 gezeigt und beschrieben ist, können spektroskopische Reflektometer und spiegelnde spektroskopische Ellipsometer ebenso verwendet werden. Das Winkel-Streustrahlungs-Messgerät 20 verwendet einen Laser mit einer einzigen Wellenlänge und tastet bei mehreren Einfallswinkeln ab. Der eingeschlossene Winkel zwischen einem Einfallslot 26 und einem Einfallsstrahl 22 von einer Lichtquelle 30 ist der gleiche wie der zwischen dem Einfallslot 26 und einem Beugungsstrahl. Der Detektor 32 detektiert nur den Beugungsstrahl nullter Ordnung. Der Einfallsstrahl 22 kann zurzeit verfügbare Laser, wie zum Beispiel Argon-Ionen-Laser (488 Nanometer und 514 Nanometer), HeCd-Laser (442 Nanometer), HeNe-Laser (612 Nanometer und 633 Nanometer) und Nd:YAG (532 Nanometer) oder andere verwenden. Eine Beugungssignatur zwischen dem Einfallsstrahl 22 und dem Beugungsstrahl 24 kann durch Verändern des Einfallswinkels θ erhalten werden. 2 provides an angular stray radiation meter 20 Although here is an angular stray radiation meter 20 As shown and described, spectroscopic reflectometers and specular spectroscopic ellipsometers can also be used. The Angular Scattering Radiation Meter 20 uses a single wavelength laser and scans at multiple angles of incidence. The included angle between an incidence slot 26 and an incident ray 22 from a light source 30 is the same as the one between the entrance slot 26 and a diffraction beam. The detector 32 detects only the zero order diffraction beam. The incident beam 22 can currently use available lasers, such as argon ion lasers (488 nanometers and 514 nanometers), HeCd lasers (442 nanometers), HeNe lasers (612 nanometers and 633 nanometers) and Nd: YAG (532 nanometers) or others , A diffraction signature between the incident beam 22 and the diffraction beam 24 can be obtained by changing the angle of incidence θ.

3 stellt ein Flussdiagramm zum Bestimmen von Strukturparametern der Overlay-Markierung 10 dar. Nach dem Eingeben eines vorbestimmten Wertes (eines geratenen Wertes) für Strukturparameter, wie zum Beispiel den Overlay-Fehler der Overlay-Markierung 10, wird ein Rigorous-Coupled-Wave-Theorie (RCWT)-Algorithmus verwendet, um eine Beugungs-Bibliothek aufzubauen, die eine Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren enthält. Zum Beispiel wird basierend auf einem geratenen Wert von 200 nm ein RCWT-Algorithmus verwendet, um fünf simulierte Beugungsspektren für 150, 175, 200, 225 und 250 Nanometer zu erzeugen. 3 FIG. 10 illustrates a flow chart for determining structural parameters of the overlay marker. FIG 10 After inputting a predetermined value (a guessed value) for structure parameters, such as the overlay error of the overlay marker 10 , a Rigorous Coupled Wave Theory (RCWT) algorithm is used to construct a diffraction library containing a plurality of simulated diffraction spectra. For example, based on a guessed value of 200 nm, an RCWT algorithm is used to generate five simulated diffraction spectra for 150, 175, 200, 225, and 250 nanometers.

Anschließend wird ein Teil der Einfallswinkel als ein charakteristischer Bereich basierend auf dem mittleren quadratischen Fehler dieser simulierten Beugungsspektren ausgewählt. Insbesondere ist der charakteristische Bereich der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren ein Einfallswinkelbereich, und diese simulierten Beugungsspektren haben einen mittleren quadratischen Fehler, der größer als der Rauschpegel eines Messgerätes ist. Folglich wird die Beugungsintensität eines gemessenen Beugungsspektrums mit der Beugungsintensität dieser simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen, um ein übereinstimmendes (passendes) Spektrum zu finden. Der Strukturparameter der Overlay-Markierung 10 wird basierend auf dem übereinstimmenden Spektrum bestimmt. Nachdem der charakteristische Bereich dieser simulierten Beugungsspektren ausgewählt ist, können die Beugungsdaten in dem charakteristischen Bereich zum Ersetzen der Beugungsdaten in dem gesamten Bereich von Einfallswinkeln in der Beugungs-Bibliothek verwendet werden, um die erforderliche Speicherkapazität zu verringern.Subsequently, a part of the incident angle is selected as a characteristic range based on the mean square error of these simulated diffraction spectra. In particular, the characteristic range of the plurality of simulated diffraction spectra is an incident angle range, and these simulated diffraction spectra have a mean square error greater than the noise level of a Measuring device is. Consequently, the diffraction intensity of a measured diffraction spectrum is compared with the diffraction intensity of these simulated diffraction spectra in the characteristic region to find a matching (fitting) spectrum. The structure parameter of the overlay marker 10 is determined based on the matching spectrum. After the characteristic area of these simulated diffraction spectra is selected, the diffraction data in the characteristic area for substituting the diffraction data in the entire range of angles of incidence in the diffraction library can be used to reduce the required storage capacity.

4(a) und 4(b) stellen ein Beispiel einer Beugungs-Bibliothek für s-Polarisation beziehungsweise p-Polarisation dar, wobei der Overlay-Fehler dieser fünf simulierten Beugungsspektren 150, 175, 200, 225 und 250 Nanometer beträgt. Die Rigorous-Coupled-Wave-Theorie kann verwendet werden, um die Beugungs-Bibliothek gemäß einem vorbestimmten Strukturparameter, wie zum Beispiel dem Overlay- Fehler, der kleinsten aufgelösten Strukturgröße (critical dimension, CD), der Teilung (Pitch), der Dicke und dem Liniezu-Zwischenraum-Verhältnis (line-to-space ratio) zu erstellen. 4 (a) and 4 (b) illustrate an example of a s-polarization or p-polarization diffraction library, respectively, where the overlay error of these five simulated diffraction spectra is 150, 175, 200, 225, and 250 nanometers. The Rigorous Coupled Wave Theory can be used to model the diffraction library according to a predetermined structural parameter, such as the overlay error, the smallest dimension size (CD), the pitch, the thickness and to create the line-to-space ratio.

Der s-Polarisationsstrahl besitzt eine größere Variation der Beugungsintensität in einem bestimmten Einfallswinkelbereich als eine lineare Variation der Beugungsintensität für alle Einfallswinkel, während der andere Einfallswinkelbereich eine kleinere Variation der Beugungsintensität besitzt, wie in 4(a) gezeigt ist. In ähnlicher Weise besitzt der p-Polarisationsstrahl die gleiche Eigenschaft, wie in 4(b) gezeigt ist. Nachdem die Beugungs-Bibliothek erstellt ist, wird das vorliegende Verfahren fortgesetzt, um den charakteristischen Bereich dieser simulierten Beugungsspektren in der Beugungs-Bibliothek auszuwählen. Der Unterscheidungsgrad der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren des s-Polarisationsstrahls bei Einfallswinkeln zwischen 22 und 27 Grad ist größer als bei anderen Einfallswinkeln, d.h. diese simulierten Beugungsspektren besitzen höhere Auflösungen bei Einfallswinkeln zwischen 22 und 27 Grad. Mit anderen Worten kann in diesem Beispiel der Einfallswinkelbereich zwischen 22 und 27 Grad als der charakteristische Bereich dieser simulierten Beugungsspektren angesehen werden.The s-polarization beam has a larger variation of the diffraction intensity in a certain incident angle range than a linear variation of the diffraction intensity for all angles of incidence, while the other angle of incidence range has a smaller variation of the diffraction intensity, as in FIG 4 (a) is shown. Similarly, the p-polarization beam has the same property as in 4 (b) is shown. After the diffraction library is created, the present method continues to select the characteristic area of these simulated diffraction spectra in the diffraction library. The degree of discrimination of the plurality of simulated diffraction spectra of the s-polarization beam at angles of incidence between 22 and 27 degrees is greater than at other angles of incidence, ie, these simulated diffraction spectra have higher resolutions at angles of incidence between 22 and 27 degrees. In other words, in this example, the incident angle range between 22 and 27 degrees can be regarded as the characteristic range of these simulated diffraction spectra.

5(a) stellt die Beziehung des RMSE und des Overlay-Fehlers zu dem Einfallswinkel des s-Polarisationsstrahls dar, und 5(b) stellt die Beziehung des RMSE und des Overlay-Fehlers zu dem Einfallswinkel des p-Polarisationsstrahls dar. Das vorliegende Verfahren verwendet optional den RMSE, um den Unterscheidungsgrad dieser simulierten Beugungsspektren zu quantifizieren, und wählt den charakteristischen Bereich dieser simulierten Beugungsspektren basierend auf einem Kriterium aus, wenn RMSE größer als ein Rauschpegel eines Messgerätes ist. RMSE ist wie nachstehend definiert:

Figure 00110001
wobei x und y jeweils die Beugungsintensität eines von zwei simulierten Beugungsspektren darstellen und N die Samplinganzahl von jedem simulierten Beugungsspektrum darstellt. Wie in der Zeichnung gezeigt, besitzen s-Polarisationsstrahlen und p-Polsarisationsstrahlen einen größeren RMSE bei Einfallswinkeln zwischen 20 und 30 Grad. 5 (a) represents the relationship of the RMSE and the overlay error to the angle of incidence of the s-polarization beam, and 5 (b) Figure 12 illustrates the relationship of the RMSE and the overlay error to the angle of incidence of the p-polarization beam. The present method optionally uses the RMSE to quantify the degree of differentiation of these simulated diffraction spectra, and selects the characteristic range of these simulated diffraction spectra based on a criterion. if RMSE is greater than a noise level of a meter. RMSE is defined as follows:
Figure 00110001
where x and y respectively represent the diffraction intensity of one of two simulated diffraction spectra and N represents the sampling number of each simulated diffraction spectrum. As shown in the drawing, s-polarization beams and p-polarization beams have a larger RMSE at incident angles between 20 and 30 degrees.

6 ist ein statisches Diagramm, das die Samplinganzahl von RMSE-Werten zeigt, die größer als der Rauschpegel des Messgerätes sind, wobei der Rauschpegel auf 0,001 gesetzt ist. Für den Overlay-Fehler zwischen 150 und 250 Nanometer sind die RMSE-Werte von allen s-Polarisationsstrahlen größer als der Rauschpegel des Messgerätes, wenn der Einfallswinkel zwischen 26 und 29 Grad liegt. Folglich kann der Einfallswinkelbereich zwischen 26 und 29 Grad des s-Polarisationsstrahls als der charakteristische Bereich angesehen werden, wenn der Overlay-Fehler zwischen dem ersten Gitter 14 und dem zweiten Gitter 16 in einem Bereich zwischen 150 und 250 Nanometern liegt. 6 Figure 12 is a static diagram showing the sampling number of RMSE values greater than the noise level of the meter with the noise level set to 0.001. For the overlay error between 150 and 250 nanometers, the RMSE values of all s-polarization beams are greater than the noise level of the meter when the angle of incidence is between 26 and 29 degrees. Consequently, the incident angle range between 26 and 29 degrees of the s-polarization beam can be considered as the characteristic range when the overlay error between the first grating 14 and the second grid 16 in a range between 150 and 250 nanometers.

7(a) und 7(b) stellen das s-Polarisations-Beugungsspektrum beziehungsweise das p-Polarisations-Beugungsspektrum von einem Messgerät dar. Nach dem Auswählen des charakteristischen Bereichs wird das vorliegende Verfahren mit dem Vergleichen der Beugungsintensität des gemessenen Beugungsspektrums mit der Beugungsintensität der simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich fortgesetzt, um ein übereinstimmendes simuliertes Beugungsspektrum zu finden, d.h. die Beugungsintensität des s-Polarisations-Beugungsspektrums bei den Einfallswinkeln zwischen 26 und 29 Grad in 7(a) wird mit der Beugungsintensität der fünf simulierten Beugungsspektren bei den Einfallswinkeln zwischen 26 und 29 Grad in 4(a) verglichen, um das übereinstimmende Spektrum zu ermitteln. Somit wird der Strukturparameter der Overlay-Markierung 10 basierend auf dem übereinstimmenden Spektrum bestimmt. 7 (a) and 7 (b) After selecting the characteristic region, the present method is continued by comparing the diffraction intensity of the measured diffraction spectrum with the diffraction intensity of the simulated diffraction spectra in the characteristic region to determine the s-polarization diffraction spectrum and the p-polarization diffraction spectrum, respectively to find a matching simulated diffraction spectrum, ie the diffraction intensity of the s-polarization diffraction spectrum at the angles of incidence between 26 and 29 degrees in 7 (a) is calculated with the diffraction intensity of the five simulated diffraction spectra at the angles of incidence between 26 and 29 degrees in 4 (a) compared to determine the matching spectrum. Thus, the structure parameter of the overlay marker 10 determined based on the matching spectrum.

8 stellt den durchschnittlichen RMSE des s-Polarisationsstrahls und des p-Polarisationsstrahls bei dem Einfallswinkel zwischen 0 und 47 Grad dar, und 9 stellt den RMSE des s-Polarisationsstrahls bei dem Einfallswinkel von 28 Grad dar. Wie in 8 gezeigt, tritt der größte RMSE von ungefähr 0,000589 bei dem Overlay-Fehler von 200 Nanometer auf, d.h. der herkömmliche Vergleich des gesamten Beugungsspektrums kann den größten RMSE von ungefähr 0,000589 erreichen. Im Gegensatz dazu kann das vorliegende Verfahren den Einfallswinkel von 28 Grad als den charakteristischen Einfallswinkel auswählen, und sein korrespondierender RMSE bei dem Overlay-Fehler von 200 Nanometer ist ungefähr 0,001649, d.h. das etwa 2,8-fache des größten RMSE für die herkömmliche Technik des Vergleichens des gesamten Beugungsspektrums. Mit anderen Worten kann das vorliegende Verfahren unter Verwendung des Einfallswinkels von 28 Grad als den charakteristischen Einfallswinkel des Beugungsspektrums zum Repräsentieren des gesamten gemessenen Beugungsspektrums die Messgenauigkeit um das 2,8-fache ohne Veränderung der Hardware des Messgerätes erhöhen. 8th represents the average RMSE of the s-polarization beam and the p-polarization beam at the angle of incidence between 0 and 47 degrees, and 9 represents the RMSE of the s-polarization beam at the angle of incidence of 28 degrees. As in 8th For example, the largest RMSE of approximately 0.000589 occurs at the overlap error of 200 nanometers, ie the conventional comparison of the total diffraction spectrum can achieve the largest RMSE of approximately 0.000589. In contrast, the present method can select the angle of incidence of 28 degrees as the characteristic angle of incidence, and its corresponding RMSE in the overlay error of 200 nanometers is about 0.001649, ie, about 2.8 times the largest RMSE for the conventional one Technique of comparing the entire diffraction spectrum. In other words, using the incident angle of 28 degrees as the diffraction spectrum's characteristic incident angle to represent the total measured diffraction spectrum, the present method can increase the measurement accuracy by 2.8 times without changing the hardware of the meter.

Zusammengefasst wird ein Verfahren zum effizienten und genauen Bestimmen von Gitterprofilen verwendet, bei dem eine charakteristische Signatur-Übereinstimmungsermittlung (Matching) in einem Erzeugungsprozess einer Bibliothek mit vergrößerten Unterschieden durchgeführt wird. Unter Verwendung der Theorie der Lichtstreuung werden basierend auf den ausgebildeten Gitterparametern, z.B. CD, Dicke und Linie-zu-Zwischenraum-Verhältnis, eine Reihe von Streuungssignaturen versus Streuwinkel oder Wellenlängen erzeugt. Dieses Verfahren wählt charakteristische Teile der Signaturen aus, wo immer ihre Unterschiede, anders ausgedrückt ihre Nichtübereinstimmung das vorgegebene Kriterium übersteigt, und verbessert eine Bibliothek charakteristischer Signaturen für eine schnelle und genaue Übereinstimmungsermittlung.Summarized becomes a method for efficiently and accurately determining lattice profiles used in which a characteristic signature match (matching) in a generation process of a library with increased differences carried out becomes. Using the theory of light scattering are based on the formed lattice parameters, e.g. CD, thickness and line-to-space ratio, one Generated series of scatter signatures versus scattering angles or wavelengths. This procedure chooses characteristic parts of the signatures wherever their differences, in other words their disagreement exceeds the given criterion, and improves a library of characteristic signatures for fast and exact matching.

Claims (9)

Streustrahlungsmessungsverfahren, aufweisend: A. Eingeben von Gitter-Strukturparametern in einen Computer; B. Berechnen eines Beugungsprofils basierend auf den Gitter-Strukturparametern über einen Bereich von Werten einfallenden Lichts; C. inkrementelles Verändern eines oder mehrerer der Gitter-Strukturparameter; D. Wiederholen von Schritt B zur Berechnung zusätzlicher Beugungsprofile basierend auf den veränderten Gitter-Strukturparametern über den Bereich von Werten einfallenden Lichts; E. Identifizieren eines charakteristischen Bereichs der berechneten Beugungsprofile, in welchem eine Änderung bei einem inkrementellen Erhöhen eines Wertes des Gitter-Strukturparameters eine Veränderung zwischen den Beugungsprofilen verursacht, die einen Schwellenwert übersteigt; F. Speichern der charakteristischen Bereiche der berechneten Beugungsprofile in einer Bibliothek; G. Ausführen der Streustrahlungsmessung an einem Probensubstrat und Erzeugen von Streuungssignaturen über einen Bereich von Werten einfallenden Lichts; H. Vergleichen der Streuungssignaturen mit den berechneten Beugungsprofilen in der Bibliothek; und I. Identifizieren eines berechneten Beugungsprofils, das mit der Streuungssignatur zu einem gewählten Grad der Ähnlichkeit übereinstimmt.Scattered radiation measurement method, comprising: A. Entering lattice structure parameters into a computer; B. Calculate a diffraction profile based on the grating structure parameters over a Range of values of incident light; C. incremental changing a or more of the grid structure parameters; D. Repeat from step B to calculate additional Diffraction profiles based on the changed mesh structure parameters over the Range of values of incident light; E. Identify a characteristic range of the calculated diffraction profiles, in which one change with an incremental increase a value of the grid structure parameter a change caused between the diffraction profiles exceeding a threshold; F. Save the characteristic areas of the calculated diffraction profiles in a library; G. Performing the scattered radiation measurement on a sample substrate and generating scatter signatures over one Range of values of incident light; H. Compare the Scatter signatures with the calculated diffraction profiles in the Library; and I. identifying a calculated diffraction profile, that matches the scatter signature to a selected degree of similarity. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Werte einfallenden Lichts Winkel einfallenden Lichts sind.Method according to claim 1, where the values of incident light angle of incident light are. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Werte einfallenden Lichts Polarisationsarten einfallenden Lichts sind.Method according to claim 1, where the values of incident light incident polarization types Are light. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt I das berechnete Beugungsprofil identifiziert wird, das am besten mit der Streuungssignatur übereinstimmt.Method according to claim 1, where in step I identifies the calculated diffraction profile which best matches the scatter signature. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Gitter-Strukturparameter Parameter eines Halbleitersubstrats sind, das zwei oder mehr Schichten mit einer Gitterstruktur in zwei oder mehr Schichten aufweist.Method according to claim 1, wherein the grating structure parameters are parameters of a semiconductor substrate, the two or more layers with a lattice structure in two or more has more layers. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Gitter-Strukturparameter die Gitterlinienbreite und/oder das Liniezu-Zwischenraum-Verhältnis des Gitters und/oder den Gitter-Overlay-Versatz und/oder die Schichtdicke jeder Schicht und/oder optische Eigenschaften jeder Schicht und/oder Formcharakteristika jeder Schicht aufwei sen.Method according to claim 5, wherein the grid structure parameters the grid line width and / or the line-to-space ratio of the grid and / or the grid overlay offset and / or the layer thickness each layer and / or optical properties of each layer and / or Form characteristics of each layer aufwei sen. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nur die charakteristischen Bereiche der berechneten Beugungsprofile in der Bibliothek gespeichert werden.Method according to claim 1, where only the characteristic areas of the calculated diffraction profiles stored in the library. Verfahren zum Ausführen der Streustrahlungsmessung an einem Substrat, aufweisend: A. Eingeben von Gitter-Strukturparametern (Linienbreite, Linie-zu-Zwischenraum-Verhältnis) und Substratparametern (Schichtdicke, optische Eigenschaften jeder Schicht, Form/Musterinformationen) in einen Computer; B. Berechnen eines Beugungsprofils basierend auf den Gitter-Strukturparametern und Substratparametern über einen Bereich von Winkeln einfallenden Lichts; C. inkrementelles Erhöhen des Gitter-Overlay-Versatzes zwischen Gittern in verschiedenen Schichten; D. Wiederholen der Schritte B und C zur Berechnung weiterer Beugungsprofile basierend auf dem veränderten Gitter-Overlay-Versatz; E. Identifizieren eines charakteristischen Bereichs der berechneten Beugungsprofile, in welchem eine inkrementelle Änderung bei einem Overlay-Parameter-Schritt die größte Veränderung zwischen berechneten Beugungsprofilen über dem Bereich von Winkeln einfallenden Lichts verursacht; F. Speichern nur der charakteristischen Bereiche der berechneten Beugungsprofile in einer Bibliothek; G. Ausführen der Streustrahlungsmessung an dem Substrat und Messen von Streuungssignaturen über einem Bereich von Winkeln einfallenden Lichts; H. Vergleichen der gemessenen Streuungssignaturen nur mit dem charakteristischen Bereich der berechneten Beugungsprofile in der Bibliothek; I. Identifizieren des berechneten Beugungsprofils, das mit der gemessenen Streuungssignatur am besten übereinstimmt; J. Bestimmen des Overlay-Versatzes basierend auf dem Overlay-Versatz des berechneten Beugungsprofils, das zu der gemessenen Streuungssignatur passt.Method for carrying out the scattered radiation measurement on a substrate comprising: A. Enter grid structure parameters (Line width, line-to-space ratio) and substrate parameters (Layer thickness, optical properties of each layer, shape / pattern information) into a computer; B. calculating a diffraction profile based on the lattice structure parameters and substrate parameters over one Range of angles of incident light; C. incremental Increase the lattice overlay offset between lattices in different layers; D. Repeat steps B and C to calculate additional diffraction profiles based on the changed grid overlay offset; E. Identify a characteristic region of the calculated Diffraction profiles in which an incremental change in an overlay parameter step the biggest change between calculated diffraction profiles over the range of angles caused by incident light; F. Save only the characteristic Ranges of calculated diffraction profiles in a library; G. To run scattering measurement on the substrate and measuring scattering signatures over a range of angles of incident light; H. Compare the measured Scatter signatures only with the characteristic range of the calculated diffraction profiles in the library; I. identifying the calculated diffraction profile, that best matches the measured scatter signature; J. Determine the overlay offset based on the overlay offset of the calculated diffraction profile corresponding to the measured scatter signature fits. Streustrahlungsmessungssystem, aufweisend: eine Quelle einfallenden Lichts; Mittel zum Verändern eines Wertes der Quelle einfallenden Lichts; einen Lichtdetektor; einen Computer, der mit der Quelle einfallenden Lichts und dem Lichtdetektor verbunden ist, wobei der Computer aufweist: Mittel zum Berechnen eines Beugungsprofils basierend auf Gitter-Strukturparametern über einem Bereich von Werten einfallenden Lichts; Mittel zum inkrementellen Ändern eines oder mehrerer der Gitter-Strukturparameter; Mittel zum erneuten Berechnen weiterer Beugungsprofile basierend auf den geänderten Gitter-Strukturparametern über dem Bereich von Werten einfallenden Lichts; Mittel zum Identifizieren eines charakteristischen Bereichs der berechneten Beugungsprofile, in welchem eine Änderung in einem Wert des Gitter-Strukturparameters eine Änderung zwischen den Beugungsprofilen hervorruft, die einen Schwellenwert übersteigt; Mittel zum Speichern der charakteristischen Bereiche der berechneten Beugungsprofile in einer Nachschlagetabelle; Mittel zum Vergleichen der Streuungssignaturen mit den berechneten Beugungsprofilen in der Bibliothek; und Mittel zum Identifizieren eines berechneten Beugungsprofils, das mit der Streuungssignatur zu einem gewählten Grad der Ähnlichkeit übereinstimmt.Stray radiation measurement system, comprising: a Source of incident light; Means for changing a value of the source incident light; a light detector; a computer, connected to the source of incident light and the light detector is, wherein the computer comprises: Means for calculating a Diffraction profile based on lattice structure parameters over one Range of values of incident light; Means for incrementally changing a or more of the grid structure parameters; Means to renew Calculate further diffraction profiles based on the changed ones Grid structure parameters via the range of values of incident light; Means for identifying a characteristic range of the calculated diffraction profiles, in which a change in a value of the grid structure parameter, a change between the diffraction profiles exceeding a threshold; medium for storing the characteristic areas of the calculated diffraction profiles in a lookup table; Means for comparing the scatter signatures with the calculated diffraction profiles in the library; and medium for identifying a calculated diffraction profile associated with the Scatter signature to a selected Degree of similarity.
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